Diatom/NiS d-band 상향 이동에 의한 HER 향상

규조토 프레임워크 내 Fe₂O₃가 NiS와 전하 전달 결합하여 d-band 중심을 상향 이동시키고 산성 HER을 향상시키는 메커니즘 (see Panda et al., Chem. Eng. J. (2025)).

메커니즘

1. 전하 전달. 규조토 프레임워크 내 Fe₂O₃가 NiS로 0.43 e를 공여함 (DFT Bader 분석; see Panda et al., Chem. Eng. J. (2025), Fig. S7b).
2. 계면 결합. 이로 인해 Ni–O 계면 결합이 형성되며 (EXAFS Ni–O 피크, 1.99 Å), Fe/Ni d-오비탈 혼성화가 유도됨.
3. d-band 상향 이동. 혼성화에 의해 d-band 중심이 페르미 준위 방향으로 상향 이동하고, Heyrovsky 장벽이 0.63 eV (순수 NiS)에서 0.28 eV (diatom/NiS) 로 감소하며 ΔGH*가 −0.33에서 −0.05 eV 로 변화함 (DFT CI-NEB; Fig. 6a–b).

결과

diatom/NiS 상에서의 열중립 근방 HER 달성: 0.5 M H₂SO₄에서 −10 mA cm⁻² 기준 η가 100.1 → 53.6 mV 로 감소함 (see HER-electrocatalyst-tafel-slope).

연관 관계

diatom-aluminosilicate-scaffold 위에 성장한 alpha-NiS-nanoparticles의 향상된 활성을 유발함. 메커니즘적으로는 Venkateswarlu et al., Applied Catalysis B: Environment and Energy (2023) (paper_217, vacancy-defect-anchoring-d-band-tuning)의 공공 결함 기반 d-band 조절과 유사하나, 기하학적 공공 고정이 아닌 무기 산화물 전하 전달 계면에 의해 구동된다는 점에서 차별화됨.